淺談我國電力調(diào)度自動化系統(tǒng)中的電子設(shè)備

淺談我國電力調(diào)度自動化系統(tǒng)中的電子設(shè)備

1次設(shè)備在變電站的應(yīng)用將更加廣泛地受到雷害隨著高新技術(shù)和計算機科學(xué)的發(fā)展，尤其是電子技術(shù)的快速發(fā)展，各種先進的衛(wèi)星通信、保護監(jiān)控、計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、遠程控制和遙感系統(tǒng)等電子設(shè)備產(chǎn)品越來越受應(yīng)用于我國的能源行業(yè)。特別是近年來，這些微型設(shè)備在能源站自動化系統(tǒng)中得到了廣泛使用，這顯著提高了我國能源系統(tǒng)的自動化整體能力、現(xiàn)代管理水平和能源服務(wù)質(zhì)量。在計算機和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)迅速發(fā)展的今天,變電站二次設(shè)備大都采用大規(guī)模的集成電路,電子元器件的性能大大提高的同時,其抗電磁干擾、抗過電壓和雷擊的能力卻變得十分脆弱了。電子設(shè)備的工作電壓一般只有幾十伏,工作電流只有幾十毫安,其耐壓水平有的只有100V左右,遠遠低于電磁型設(shè)備的耐雷水平。例如,電磁型繼電器的催毀能量為0.1J,而現(xiàn)在普遍使用的微機保護催毀能量僅為0.001J,比電磁型保護設(shè)備低了兩個數(shù)量級。這樣一旦變電站一次防雷設(shè)備有雷電流流過或其它干擾出現(xiàn)時,就極有可能對變電站的二次造成損壞或使其不正確動作。隨著變電站綜合自動化和繼電保護微機化改造,微電子設(shè)備的應(yīng)用將越來越廣泛,如果不采取有效的防護措施,這些脆弱的控制自動化設(shè)備就無法正常工作,甚至成為電力系統(tǒng)的安全隱患。據(jù)了解,在廣東電網(wǎng)多個供電局的110kV~500kV變電站二次設(shè)備均不同程度的遭受過雷害,有的曾經(jīng)因雷擊造成站內(nèi)主變壓器的主保護裝置、后備保護裝置、通信系統(tǒng)交換機、后臺辦公電腦主機、電話機等設(shè)備損壞以及載波通信系統(tǒng)的破壞。因此變電站二次設(shè)備防雷保護的研究具有十分重要的意義。2干擾強度高的電磁環(huán)境反應(yīng)變電站的二次設(shè)備,包括站內(nèi)保護設(shè)備、自動化設(shè)備、通信系統(tǒng)、計算機網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及監(jiān)控系統(tǒng)、交直流電源系統(tǒng)等是在一個干擾強度高的電磁環(huán)境中運行的,一般僅做了接地處理,其耐雷及耐過電壓水平較低。多年的運行經(jīng)驗表明,現(xiàn)時變電站二次設(shè)備所損壞的部位,大部分是遠動及監(jiān)控設(shè)備的通信接口、電源接口板、微機保護裝置電源接口板、計算機電源接口等部位,因此可認為變電站二次設(shè)備遭雷擊的主要原因是電源線感應(yīng)雷、信號線感應(yīng)雷,本文針對這種感應(yīng)雷提出相應(yīng)的防雷保護措施。2.1電源系統(tǒng)及主要催化劑保護安裝在變電站內(nèi)的通信調(diào)度自動化系統(tǒng)大多采用交流電源或直流電源為其設(shè)備供電。在其整流環(huán)節(jié),一般有較大容量的濾波電容,對瞬態(tài)過電壓沖擊有一定的吸收作用,站用變壓器低壓側(cè)到站用饋電屏用的是屏蔽電纜且設(shè)備都有良好的接地,運用現(xiàn)代防雷技術(shù)來分析,必須增加回路的分流措施。因為其工作接地、保護接地都與其它電氣設(shè)備采用同一接地裝置,而且設(shè)備都處于LPZOB區(qū),電磁脈沖強度相對較強,在站用變低壓側(cè)雖然有防止線路侵入波的避雷器,但殘壓高,使得在變電站遭受雷擊時,通過線路耦合和地電位升高而造成的反擊過電壓依然存在,而且高壓側(cè)的殘壓高達幾千伏,因此必須對這些調(diào)度自動化設(shè)備的供電回路進行過電壓保護。電源系統(tǒng)的防護主要是抑制雷電及操作在電源回路上產(chǎn)生的浪涌和過電壓。根據(jù)雷電防護區(qū)域的劃分原則,變電站內(nèi)二次設(shè)備供電系統(tǒng)感應(yīng)雷電過電壓的防護可以分級進行分流保護。第一級防雷保護一般采用具有較大通流容量的防雷裝置,可以將較大的雷電流泄散入地,從而達到限流的目的,同時將過電壓減小到一定的程度;第二、三級防雷起限壓作用,采用具有較低殘壓的防雷裝置,可以將回路中剩余的雷電流泄散入地,達到限制過電壓的目的,使過電壓減小到設(shè)備能耐受的水平。由于變電站多建在較為空曠的區(qū)域,電磁強度相對較強,電力線路和通信電纜很容易遭受到感應(yīng)雷電的襲擊。感應(yīng)過電壓沿著電力線路和通信線路進入設(shè)備,從而將設(shè)備損壞。因此,交流母線處加裝第一級電源防護是為了保證整個控制室的安全,并且將80%的過電壓泄散到大地,起到初級保護的作用。但在交流饋線上仍有部分過電壓和第一級電源防雷的殘壓加在線路上,因此必須在重要的交流饋線處,如直流充電屏、UPS(UninterruptiblePowerSystem,不間斷電源)等,進行第二、三級電源防護,從而將過電壓抑制到后端用電設(shè)備能夠耐受的水平。2.2重要回路的接口選擇通信接口過電壓防護同電網(wǎng)供電系統(tǒng)相比,此回路對過電壓的敏感程度要高得多,且這些設(shè)備在有過電壓的情況下顯得非常脆弱,設(shè)備的絕緣耐受水平也相當(dāng)?shù)?。與這些設(shè)備相連的有信號線、數(shù)據(jù)線、測量和控制線路,并且這些線路基本上是處于LPZOB區(qū)域,也有穿過LPZOA區(qū)域的,線路上的感應(yīng)過電壓相對較強,根據(jù)IEC(InternationalElectroTechnicalCommission,國際電工委員會)的測試,當(dāng)磁感應(yīng)強度增大到0.07Gs時,微型計算機設(shè)備將產(chǎn)生誤動,丟失數(shù)據(jù);而且這些回路運行的安全與否直接關(guān)系到一次系統(tǒng)設(shè)備的安全,因此必須對重要回路的接口進行過電壓防護。變電站微機遠動裝置采用分布分散式結(jié)構(gòu),由遙信模塊、智能遙測模塊、智能遙控模塊、智能遙調(diào)模塊組成。各單元模塊都裝設(shè)在不同的自動化屏內(nèi),模塊之間通過接口或現(xiàn)場總線進行通信,這些接口線路都處在室內(nèi),設(shè)備接口線路的距離較短,因此不會感應(yīng)到較強的過電壓,但是各自動化設(shè)備與其它二次設(shè)備,如測量單元、計算機等都有電氣連接,當(dāng)其它二次設(shè)備感應(yīng)到很強的感應(yīng)過電壓時,將會反擊到這些自動化設(shè)備的通信接口上,從而使設(shè)備接口電路損壞,因此有必要在這些設(shè)備的接口上加裝信號避雷器。變電站電能量計費系統(tǒng)采用多功能電子電能表進行電能量采集,電子電能表承受過電壓的水平極低。由于電能表與站內(nèi)微機遠動設(shè)備的通信線路較長,又處在LPZOB區(qū)域,在變電站附近或變電站遭受直接雷擊時,將感應(yīng)出較強的感應(yīng)過電壓。為了防止設(shè)備的損壞,在靠近電子電能表的端口加裝信號避雷器。此外,電子電能表采集器的MODEM由電話線將數(shù)據(jù)傳送到遠端,由于電話線路從室外引入,線路上感應(yīng)到的感應(yīng)雷電流相對較強,容易將調(diào)制解調(diào)器設(shè)備的接口損壞,因此必須在調(diào)制解調(diào)器的電話線路接口處加裝一個接口信號避雷器。變電站基本采用無人值守,對一次回路的各種保護、測量、控制、調(diào)節(jié)信號通過光纖、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)或載波向遠方傳送數(shù)據(jù)。如果采用載波,由于載波機與微機自動化裝置的信號連接線路相對較長,在變電站附近或變電站遭受直接雷擊時,處在LPZOB區(qū)的通信線路將感應(yīng)出較強的感應(yīng)過電壓,因此必須在靠近微機自動化裝置的信號接口端加裝信號避雷器,同時處在LPZOB區(qū)并延伸到LPZOA區(qū)的通信線路非常容易感應(yīng)上雷電過電壓,也必須加裝信號避雷器。3變電站二次設(shè)備防風(fēng)問題惠州博羅位于我國三大雷電活動最為強烈地區(qū)之一的廣東省。據(jù)歷史資料統(tǒng)計,惠州市年平均雷暴日數(shù)為81.8天,居華南地區(qū)之首,屬于多雷區(qū)。加上受臺風(fēng)及海洋氣候的影響,其大氣變化劇烈,熱電雷、地形雷、鋒面雷在二月到十月的雷雨季節(jié)中活動頻繁。近年來,市內(nèi)一些變電站常發(fā)生二次設(shè)備被雷擊壞事件,影響變電站的安全運行。因此,在對變電站二次設(shè)備,如繼電保護、自動、遠動、遙控、遙測裝置、通信設(shè)備等弱電設(shè)備進行升級換代的同時,必須相應(yīng)的研究解決變電站二次設(shè)備的防雷過電壓保護技術(shù)措施,以保護變電站二次設(shè)備的安全穩(wěn)定運行。防雷工程是一項系統(tǒng)工程,也是一項經(jīng)驗工程。它包括外部防雷和內(nèi)部防雷的綜合考慮。而二次設(shè)備雷害的途徑主要來自供電線路(交直流電源線),通訊網(wǎng)絡(luò)線路,接地屏蔽與雷電電磁脈沖等方面。因此,本文從這些方面對博羅配營部通信機房系統(tǒng)進行了分析和研究,根據(jù)工程實際提出了具體的防雷改造方案。3.1等電位銅排,有保護惠州供電局博羅通信機房的直擊雷防護措施完善,樓頂有直擊雷防護措施如避雷網(wǎng)格、針等,周圍還有其他更高樓層的建筑物。機房內(nèi)有一條接地等電位銅排,并均已敷設(shè)到各機柜內(nèi),接地電阻良好。但機房的電源系統(tǒng)和通信接口的防雷保護薄弱。機房供電系統(tǒng)是由市電引入調(diào)度樓二樓專用配電室智能站用電源系統(tǒng)后,配送到通信機房泰坦電源柜,再由泰坦電源柜供給各用電設(shè)備,在整個電源系統(tǒng)線路上沒有做任何防感應(yīng)雷措施。機房內(nèi)的通信信息是通過一條專用光纖引入,經(jīng)過光端機后到一臺24口的交換機,再到各個系統(tǒng),在交換機和通訊線路上也均未作任何浪涌防護措施。3.2電源系統(tǒng)抗靜電措施本文在全面分析感應(yīng)雷電波侵入途徑的基礎(chǔ)上,根據(jù)和電力二次設(shè)備耐受電壓較低的特點,結(jié)合博羅供電局通信機房的具體情況,確定了被保護對象和保護等級,從接地、屏蔽、均壓等電位、限幅及加裝SPD(SurgeProtectiveDevice,過電壓保護裝置)五個方面來采取綜合防護措施。1)供電系統(tǒng)的防護措施電源防護根據(jù)分級進行分流保護的原則,使雷電所產(chǎn)生的能量按分級泄放;防雷器的殘壓也逐級降低,達到保護通信設(shè)備的目的。博羅供電局通信機房供電系統(tǒng)防雷保護如圖1所示,其分級防護措施具體如下:(1)在通信機房總配電室站用兩路AC380V交流電源進線母排處各安裝一套PDA385/60Y防雷器,作為通信電源系統(tǒng)第一級防護。此級SPD將電源線路雷電侵入波或感應(yīng)雷電流大部分泄放入地,進一步抑制雷電過電壓。(2)在配電室智能站用電源系統(tǒng)饋線屏內(nèi)380V交流電源輸入端口處,并聯(lián)安裝一套PDA385/40Y電源SPD,作為電源系統(tǒng)第二級保護,將雷電過電壓抑制到二次設(shè)備能承受的更低的電壓水平。同時,在配電室智能站用電源系統(tǒng)饋線屏內(nèi)充電機電源、主控室電源、宿舍電源380V交流電源輸出端口(即回路)處,各并聯(lián)安裝一套PDA385/40Y電源SPD,也作為電源系統(tǒng)第二級保護,防止由充電機電源、主控室電源、宿舍電源線路回路上感應(yīng)的雷電或者操作過電壓。(3)在通信機房泰坦電源柜總進線處安裝一套PDA385/40M模塊式防雷器,作為通信電源系統(tǒng)第三級防護,保護通信系統(tǒng)設(shè)備的正常運行。2)通信系統(tǒng)的防護措施通信線路的保護主要是在線路輸入端前加裝防雷器,防止線路上的感應(yīng)過電壓和地電位反擊損壞設(shè)備。由于音頻柜內(nèi)通信線路多,傳輸線路相對較長,每日感應(yīng)雷電過電壓和電磁脈沖,所以在主要通信線路上加裝PSC31/10型的音頻信號防雷器,防止雷電過電壓從通信線路損壞設(shè)備。此外,由于各變電站外線電話經(jīng)常遭受雷擊,常常使調(diào)度通信中斷,所以在各站電話通信線路進線處加裝PSRJ11-2電話線路防雷器,防止雷電過電壓從通信線路損壞電話設(shè)備,保證通信暢通。由于信號設(shè)備的耐壓水平都比較低,因此在采用相應(yīng)殘壓較低的防雷器保護時,應(yīng)特別注意做好屏蔽、均壓、等電位等綜合防雷措施。信號來線兩端應(yīng)屏蔽接地,各防雷器應(yīng)就近接地,接地線應(yīng)盡量縮短。選擇SPD時還要注意SPD的插入損耗。對于電力通信系統(tǒng)主通信傳輸線路,由于大部分都已經(jīng)采用光纖通信,所以目前光纖線路可以不安裝防雷器,但要將光纖加強芯做好接地處理。4設(shè)備集成化程度低電力通信設(shè)備的穩(wěn)定運行,